0 引言

公路桥梁是保障交通顺畅运行的关键基础设施，其结构安全直接关系到路网通行效率与公众出行安全。在实际运营中，车辆超载现象普遍存在，此类超载荷载并非静态作用，而是伴随车辆行驶产生动态冲击，叠加车速变化、桥面平整度差异等因素，会对桥梁主梁、支座、连接节点等关键构件产生复杂影响。长期受超载作用，桥梁动力响应会显著加剧，不仅易引发结构瞬时应力超限、变形增大，还会加速疲劳损伤累积，缩短服役寿命，甚至诱发坍塌等安全事故。因此，开展车辆超载下桥梁动力响应与结构安全评估研究，对揭示超载影响机制、精准识别安全风险、制定科学管控策略具有重要意义，可为公路桥梁安全保障提供关键技术支撑。

1 车辆超载作用下公路桥梁的动力响应机制

1.1 超载车辆的动力荷载特性

超载车辆的动力荷载特性区别于静态荷载，呈现出明显的动态波动性与复杂性。其核心特性体现在冲击系数的变化上——超载程度越高，车辆对桥面的冲击作用越强，冲击系数随之增大，尤其在车辆起步、制动或越过桥面接缝时，冲击效应更为显著。同时，超载车辆的荷载频谱呈现宽频分布特征，不同轴重、轴距的超载车辆，会产生不同频率的振动荷载，当荷载频率与桥梁固有频率接近时，易引发共振现象，加剧结构振动响应。此外，车辆行驶状态对动力荷载特性的影响十分显著。车速的提升会直接增加荷载作用于桥梁的动态冲击频率，使结构振动响应更剧烈；而车辆行驶轨迹偏离车道中线、轮胎磨损程度不均等情况，会导致荷载在桥梁横断面上分布失衡，进一步使桥梁承受非对称的动态荷载，大幅增加结构受力的复杂性与不确定性，加剧局部构件的受力负担。

1.2 桥梁关键构件的动力响应规律

桥梁关键构件在超载车辆动力荷载作用下，呈现出差异化的动力响应规律。主梁作为主要受力构件，其动力响应以竖向振动和弯曲变形为主，超载作用下主梁跨中部位的振动幅值显著增大，且随超载量增加，振动持续时间延长，易导致梁体应力反复波动，加速裂缝萌生与扩展。支座作为传力核心节点，在超载动力荷载下会产生高频次的竖向冲击与水平位移响应，橡胶支座易出现局部变形加剧、老化加速的问题，钢支座则可能因冲击荷载导致连接螺栓松动、支座转角超限。连接节点如铰缝、伸缩缝等，受超载车辆动态荷载反复作用，会出现应力集中现象，节点处的位移差增大，易引发连接失效，进而影响桥梁整体受力稳定性^[1]。

1.3 超载程度与动力响应的量化关系及影响因素

超载程度与桥梁动力响应之间存在显著的正相关量化关系，随着车辆超载程度的提升，桥梁主梁的振动幅值、支座的冲击应力均会随之增加，且这种增长并非线性发展——当超载程度达到一定阈值后，动力响应会呈现非线性激增态势，结构受力风险随之急剧上升。影响这一量化关系的因素众多，车速是关键变量，在相同超载程度下，车速的提高会显著放大桥梁动力响应的幅值；桥面平整度同样产生重要影响，桥面存在的坑洼、裂缝等缺陷会加剧车辆行驶时的颠簸，进而增强对桥梁的动力冲击作用，使桥梁动力响应更为明显。此外，桥梁结构形式也会带来差异，简支梁桥对超载动力荷载的响应敏感度高于连续梁桥，中小跨径桥梁的动力响应增幅相较于大跨径桥梁更为突出^[2]。

2 公路桥梁在超载作用下的结构安全评估体系

2.1 安全评估的核心指标

公路桥梁超载安全评估需围绕三类核心指标构建评估框架，全面反映结构安全状态。应力响应指标聚焦桥梁关键构件在超载作用下的应力分布与峰值，通过监测主梁跨中、支座附近等应力敏感部位的实际应力值，与设计允许应力对比，判断是否存在局部应力超限风险；变形幅值指标关注主梁挠度、支座沉降等几何变形，分析超载导致的变形是否超出规范限值，避免因过度变形影响结构正常使用功能。疲劳损伤累积指标则针对长期超载下的结构性能衰减，通过计算超载荷载作用次数与损伤演化速率，评估结构疲劳寿命损耗程度，为判断桥梁是否需维修加固或限载提供依据，三类指标相互补充，构成完整的安全评估指标体系^[3]。

2.2 基于动力响应的安全评估方法

基于动力响应的安全评估需结合多种方法，实现对桥梁安全状态的精准判断。数值模拟方法通过建立桥梁与超载车辆的耦合动力学模型，输入不同超载程度、车速下的荷载参数，模拟计算桥梁关键部位的动力响应规律，提前预判潜在安全风险；现场测试方法借助传感器实时采集超载车辆通行时桥梁的应力、振动、变形等动态数据，捕捉真实荷载作用下的结构响应特征，验证数值模拟结果的准确性。理论计算方法则基于结构力学与动力学理论，推导超载动力荷载与结构响应的量化关系，结合现场测试数据修正计算模型，形成“模拟-测试-计算”相互支撑的评估方法体系，提升安全评估的科学性与可靠性。

2.3 超载风险分级与安全预警机制

超载风险分级与安全预警机制是保障桥梁安全的重要防线。风险分级需结合桥梁结构类型、服役年限、超载影响程度等因素，将安全状态划分为不同等级：如“低风险”对应结构响应轻微、无损伤累积，“中风险”表示存在局部应力接近限值、轻微疲劳损伤，“高风险”则意味着应力超限、变形异常或严重疲劳损伤。针对不同风险等级制定差异化预警策略，低风险时通过定期监测持续跟踪；中风险启动预警通知，要求加强监测频率并排查超载源头；高风险立即发布警示，采取限载、限行或临时加固措施。同时，建立预警信息传递与响应流程，确保风险信号及时送达管理部门与养护单位，实现超载风险的快速处置与闭环管理。

3 结语

围绕公路桥梁在车辆超载作用下的动力响应与结构安全评估，研究明确了超载车辆的动力荷载特性及与桥梁关键构件响应的量化关系，构建了涵盖应力响应、变形幅值、疲劳损伤累积的核心评估指标体系，形成了“数值模拟-现场测试-理论计算”结合的评估方法，以及分等级的风险管控与预警机制，为超载下桥梁安全管控提供了系统技术框架。随着交通荷载多样化与桥梁服役年限增长，超载安全评估将更依赖智能化监测与动态评估技术。本研究成果可支撑桥梁超载风险的精准识别与科学处置，保障路网运行安全；后续可进一步深化多因素耦合下的动力响应模型，推动评估体系向更高效、智能化的方向优化升级。

参考文献

[1]骆红军,LUOHongjun.桥梁结构安全监测的动力响应法与评估系统[J].公路工程, 2011, 36(3):5.

[2]朱志辉,杨乐,王力东,等.地震作用下铁路斜拉桥动力响应及行车安全性研究[J].工程力学, 2017, 34(4):11.

[3]杜华洪.落石冲击作用下桥梁上部结构动力响应分析[J].工程技术研究, 2025(6).